本發(fā)明涉及一種boost變換器中磁芯損耗計算方法，尤其涉及的是不同占空比條件下高頻鐵氧體磁芯的計算方法。

背景技術(shù)：

在高頻開關(guān)變換器中磁性元件主要作為變壓器和功率電感使用。功率磁性元件對于開關(guān)變換器的性能和可靠性有著決定性的影響，不合理的磁性元件設(shè)計會引起開關(guān)變換器工作失效。開關(guān)頻率f、磁通密度變化量bpp、占空比d、直流偏磁hdc、溫度t等工作條件都會對磁性元件的功率磁損產(chǎn)生直接的影響，這對磁芯損耗的建模帶來了顯著困難。即使在bpp相同條件下，磁芯損耗也會受到直流偏磁hdc和激勵波形變化的顯著影響。

目前，工程中普遍采用基于實驗數(shù)據(jù)擬合的steinmetz方程。由于開關(guān)變換器中磁性元件承受的激勵是占空比變化的矩形波，許多學(xué)者提出如mse、gse、igse等steinmetz方程修正模型分析非正弦激勵條件下磁芯損耗。由于steinmetz方程模型中的擬合系數(shù)受磁性材料、t、f、hdc和bpp影響顯著，需要大量的測試數(shù)據(jù)才能建立特定工作條件下的損耗系數(shù)。另外，steinmetz修正模型僅給出了相同磁通密度變化量條件下矩形波損耗系數(shù)，而大多功率磁芯中的bpp是變化的。如果考慮到直流偏磁對磁芯損耗的影響，還需要進一步修正steinmetz方程模型而變得過于復(fù)雜。

基于物理機理的磁芯損耗模型主要有jiles-atherton磁滯模型、preisach磁滯模型和bertotti磁芯損耗分離模型。磁損物理模型為結(jié)合開關(guān)變換器各類工況下的磁性元件損耗建模分析提供了理論基礎(chǔ)，但其主要缺點是模型中包含過多的材料參數(shù)，給實際應(yīng)用帶來困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服傳統(tǒng)磁損物理模型中材料系數(shù)過多的缺點，本發(fā)明提供一種boost變換器中磁芯損耗計算方法，利用磁性損耗分離法物理概念清晰的優(yōu)勢，結(jié)合boost變換器工作特點，建立boost變換器功率電感在不同占空比條件下的磁損模型。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種boost變換器磁芯損耗計算方法，在給定直流偏置、頻率和磁通密度變化量工作條件下，利用boost變換器在占空比d＝0.5時的損耗數(shù)據(jù)預(yù)測不同占空比時的磁芯損耗。具體如下：

步驟a、根據(jù)輸入電壓、輸出電壓確定磁芯工作的占空比范圍，計算boost變換器在占空比d＝0.5時的磁通密度變化量bpp；

步驟b、根據(jù)boost變換器在d＝0.5時所確定的頻率f、直流偏置idc和磁通密度變化量bpp，測試相同f、idc、bpp條件下的正弦激勵損耗數(shù)據(jù)，并分離正弦激勵損耗計算磁滯損耗分量和渦流損耗分量

步驟c、根據(jù)boost變換器的工作原理，計算不同占空比條件下磁滯損耗和渦流損耗變化規(guī)律，進而得到求取boost變換器在不同占空比下總的磁芯損耗。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟a中磁通密度變化量bpp為：

式中，vi代表輸入電壓，t代表溫度，n代表線圈匝數(shù)，ae代表磁芯截面積。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，boost變換器的占空比關(guān)系式為：

式中，vo代表輸出電壓，vi輸入電壓。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟c中boost變換器不同占空比條件下的磁滯損耗為：

boost變換器不同占空比條件下的渦流損耗為：

boost變換器在不同占空比下總的磁芯損耗：

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述磁芯為鐵氧體軟磁磁芯。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

與經(jīng)典的磁芯損耗物理技術(shù)模型相比，本發(fā)明提出的boost變換器中磁芯損耗計算方法避開了眾多與材料特性相關(guān)的待定系數(shù)，充分結(jié)合boost變換器電路工作特點，物理概念清晰，計算過程簡單，可有效預(yù)測boost變換器輸出電感中磁芯材料在不同占空比條件下的損耗大小。

附圖說明

圖1是boost變換器的原理圖。

圖2是boost變換器占空比變化時磁滯損耗變化曲線。

圖3是boost變換器占空比變化時渦流損耗變化曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明：

如圖1所示的boost變換器，工作在ccm模式，在q1導(dǎo)通期間電感正向激磁，磁通變化量為：

式中，vi代表輸入電壓，t代表溫度，n代表線圈匝數(shù)，ae代表磁芯截面積，d代表占空比。

在q1截止期間電感反向退磁，磁通變化量為：

式中，vo代表輸出電壓。

boost變換器單位體積磁芯中的渦流損耗可表示為：

式中，re是磁芯等效電阻。

不同占空比條件下渦流損耗與d＝0.5方波激勵渦流損耗的關(guān)系式為：

設(shè)d＝0.5時渦流損耗為1，不同占空比條件下磁芯的渦流損耗變化趨勢如圖3所示。矩形波激勵磁滯損耗與d＝0.5方波激勵磁滯損耗的關(guān)系式為：

磁滯損耗與bpp之間成平方關(guān)系，而不同占空比條件下bpp的變化規(guī)律如式(2)所示。設(shè)d＝0.5時磁滯損耗為1，磁滯損耗與d之間的變化趨勢如圖2所示。而相同bpp條件下的磁滯損耗在正弦激勵和方波激勵數(shù)值是相同的。

不同占空比條件下boost變換器功率磁芯損耗為：

綜上所述，我們充分結(jié)合boost變換器的實際工作特點和磁芯材料損耗產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗物理實質(zhì)，通過合理的簡化就可以方便的預(yù)測boost變換器在不同占空比條件下的磁損大小。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。